CN110983127A

CN110983127A - 一种耐腐蚀超硬合金材料

Info

Publication number: CN110983127A
Application number: CN201811407067.1A
Authority: CN
Inventors: 吴友洲; 戚晓峰
Original assignee: Jiangsu Debi New Material Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Debi New Material Technology Co ltd
Priority date: 2018-11-23
Filing date: 2018-11-23
Publication date: 2020-04-10

Abstract

本发明提供了一种耐腐蚀超硬合金材料，其原料质量百分比组成为：Zn 7.4‑8.3％，Mg 1.7‑2.2％，Er 0.4‑0.5％，Ti 0.03‑0.06％，W 0.52‑2.5％，Cu 1.5‑3％，Zr 0.05‑0.25％，Dy 0.05‑0.08％，Gd 0.05‑0.15％，Ce 0.3‑0.4％，Si 0‑0.1％，Fe 0‑0.16％，其余为铝。本发明本发明产品硬度高，强度大，耐磨损，耐腐蚀，抗裂性能佳，可在极端环境中使用。

Description

一种耐腐蚀超硬合金材料

技术领域

本发明涉及超硬材料领域，特别是涉及一种耐腐蚀超硬合金材料。

背景技术

铝合金是以铝为基体元素的合金，具有强度高、导电性和导热性好、耐腐蚀性能优异的特点，从而在航天、航空、汽车等领域得到了广泛应用。

铝合金材料包括主合金元素Zn、Mg、Cu和微量元素Zr，以及少量的杂质元素Fe和Si。铝合金材料Zn、Mg可形成强化效果显著的MgZn 2，使该合金的热处理效果远远胜过于铝-锌二元合金，再经过经过受热处理，能够达到非常高的抗拉强度、强度特性，但是将导致铝合金抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀的能力会下降。另一方面由于大部分合金元素在Al中的固溶度低，合金的组织为固溶体基体上分布着不同尺度的复相颗粒，其中有尺寸在微米以上的粗大结晶相颗粒、高温沉淀的尺寸在微米以下的弥散相颗粒和时效析出的尺寸在011μm以下的析出相微粒。合金元素和杂质元素的含量超过其在Al中的极限固溶度，即导致粗大的结晶相颗粒，粗大的结晶相颗粒是应力集中和裂纹萌生之处，对铝合金的断裂韧性、疲劳性能和应力腐蚀开裂均有显著影响。因此减少粗大结晶相颗粒是发展高性能铝合金需要解决的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种耐腐蚀超硬合金材料，以解决上述问题。

一种耐腐蚀超硬合金材料，其原料质量百分比组成为：Zn 7.4-8.3％，Mg 1.7-2.2％，Er 0.4-0.5％，Ti 0.03-0.06％，W 0.52-2.5％，Cu 1.5-3％，Zr 0.05-0.25％，Dy0.05-0.08％，Gd 0.05-0.15％，Ce 0.3-0.4％，Si 0-0.1％，Fe 0-0.16％，其余为铝。

进一步的，一种耐腐蚀超硬合金材料的生产工艺，包括以下步骤：

(1)将钢锭置入熔炉中进行熔炼，熔炼温度为730-750℃，搅拌金属熔液并除渣；

(2)按上述配比加入Cu、Mg、Zn元素，搅拌使合金液体充分混合8-10min钟，再加入Dy、Gd、Er、Ce，并将熔炉的温度降到693-695℃，搅拌使合金液体充分混合14-16min，按上述配比加入Ti、W、Zr元素，并将熔炉的温度升到700-750℃，搅拌使合金液体充分混合16-20min；

(3)向金属熔液中充入氮气并入加精练剂进行精炼，精炼剂混合在氮气中与氮气一起进入金属熔液，氮气流量为14-16L/min，氮气压力为0.44-0.46MPa，对金属熔液进行搅拌并除渣，得到精炼合金液；

(4)在580-600℃的温度下进行氮气保护模铸，凝固后将温度保持在200-210℃，保温时间为14-20h，然后用水冷以3-5℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，得到耐腐蚀超硬钢材料。

进一步的，所述精炼剂质量为熔炉中金属总质量的0.19-0.24％。

本发明的有益效果是：

1.本发明产品硬度高，强度大，耐磨损，耐腐蚀，抗裂性能佳，可在极端环境中使用，不易老化变形，使用寿命长，适合用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件；

2.在其溶解度范围内向含有Zn和Mg的超硬铝合金中加入1.5-3％的Cu，通过固溶方式能提高其强度、相对延伸率、塑性、耐蚀性和重复加载抗力；加入微量的Zr不论在加热变形之后还是在冷变形后，都能提高铝合金的再结晶温度，使之有可能在热处理后获得非再结晶组织，为了进一步提高超强度合金的强度，另外，微量Zr可进一步的提高合金的强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性能；

3.加入Ti、W、Zr之类的元素，能提高超强度性能和耐腐蚀性能，利于提高合金的再结晶温度，阻止在热变形和随后淬火加热时再结晶过程的进行，提高抗氧化性和耐腐蚀性；

4.通过加入Dy、Gd、Er、Ce稀土元素，其原子半径为0.174～0.204mm，大于铝原子半径0.143mm，且稀土元素比较活泼，它熔于铝液中，极易填补合金相的表面缺陷，从而降低新旧两相界面上的表面张力，使得晶核生长的速度增大，同时还在晶粒与合金液之间形成表面活性膜，阻止生成的晶粒长大，使合金的组织细化，另外，铝与Dy、Gd、Er、Ce形成的化合物在金属液结晶时作为外来的结晶晶核，因晶核数的大量增加而使合金的组织细化，从而降低超硬铝合金的应力腐蚀开裂；

5.通过降低Fe和Si等有害的杂质，避免了形成A1FeSi等脆性相；在塑性变形过程中，避免了由于基体与脆性相变形不协调，在相界面上形成孔隙，产生微细裂纹，导致的显著降低高强度铝合金的断裂韧性。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1

一种耐腐蚀超硬合金材料，其原料质量百分比组成为：Zn 7.4％，Mg 1.7％，Er0.4％，Ti 0.03％，W 0.52％，Cu 1.5％，Zr 0.05％，Dy 0.05％，Gd 0.05-0.15％，Ce0.3％，Si 0-0.1％，Fe 0-0.16％，其余为铝。

一种耐腐蚀超硬合金材料的生产工艺，包括以下步骤：

(1)将钢锭置入熔炉中进行熔炼，熔炼温度为730℃，搅拌金属熔液并除渣；

(2)按上述配比加入Cu、Mg、Zn元素，搅拌使合金液体充分混合8min钟，再加入Dy、Gd、Er、Ce，并将熔炉的温度降到693-695℃，搅拌使合金液体充分混合14-16min，按上述配比加入Ti、W、Zr元素，并将熔炉的温度升到700℃，搅拌使合金液体充分混合16-20min；

实施例2

一种耐腐蚀超硬合金材料，其原料质量百分比组成为：Zn-8.3％，Mg-2.2％，Er-0.5％，Ti-0.06％，W-2.5％，Cu-3％，Zr-0.25％，Dy-0.08％，Gd-0.15％，Ce-0.4％，Si 0-0.1％，Fe 0-0.16％，其余为铝。

种耐腐蚀超硬合金材料的生产工艺，包括以下步骤：

(1)将钢锭置入熔炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃，搅拌金属熔液并除渣；

(2)按上述配比加入Cu、Mg、Zn元素，搅拌使合金液体充分混合10min钟，再加入Dy、Gd、Er、Ce，并将熔炉的温度降到693-695℃，搅拌使合金液体充分混合14-16min，按上述配比加入Ti、W、Zr元素，并将熔炉的温度升到750℃，搅拌使合金液体充分混合16-20min；

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种耐腐蚀超硬合金材料，其特征在于，其原料质量百分比组成为：Zn 7.4-8.3％，Mg 1.7-2.2％，Er 0.4-0.5％，Ti 0.03-0.06％，W 0.52-2.5％，Cu 1.5-3％，Zr 0.05-0.25％，Dy 0.05-0.08％，Gd 0.05-0.15％，Ce 0.3-0.4％，Si 0-0.1％，Fe 0-0.16％，其余为铝。

2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀超硬合金材料的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀超硬合金材料的生产工艺，其特征在于，所述精炼剂质量为熔炉中金属总质量的0.19-0.24％。